磁性材料

磁性材料的基本特性 ：

1. 磁性材料的磁化曲線

磁性材料是由鐵磁性物質或亞鐵磁性物質組成的，在外加磁場H 作用下，必有相應的磁化強度M 或磁感應強度B，它們隨磁場強度H 的變化曲線稱為磁化曲線（M～H或B～H曲線）。磁化曲線一般來說是非線性的，具有2個特點：磁飽和現象及磁滯現象。即當磁場強度H足夠大時，磁化強度M達到一個確定的飽和值Ms，繼續(xù)增大H，Ms保持不變；以及當材料的M值達到飽和后，外磁場H降低為零時，M并不恢復為零，而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當于M～H曲線或B～H曲線上的某一點，該點常稱為工作點。

2. 軟磁材料的常用磁性能參數

飽和磁感應強度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對應的物理狀態(tài)是材料內部的磁化矢量整齊排列。

剩余磁感應強度Br：是磁滯回線上的特征參數，H回到0時的B值。

矩形比：Br∕Bs

矯頑力Hc：是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質、應力等）。

磁導率μ：是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關。

初始磁導率μi、最大磁導率μm、微分磁導率μd、振幅磁導率μa、有效磁導率μe、脈沖磁導率μp。

居里溫度Tc：鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉變?yōu)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。

損耗P：磁滯損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ 降低，

磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc；降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關系為：

總功率耗散（mW）/表面積（cm2）

3. 軟磁材料的磁性參數與器件的電氣參數之間的轉換

在設計軟磁器件時，首先要根據電路的要求確定器件的電壓～電流特性。器件的電壓～電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關。設計者必須熟悉材料的磁化過程并拿握材料的磁性參數與器件電氣參數的轉換關系。設計軟磁器件通常包括三個步驟：正確選用磁性材料；合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸；根據磁性參數要求，模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應的電氣參數。

磁性材料是一種重要的電子材料。早期的磁性材料主要采用金屬及合金系統(tǒng)，隨著生產的發(fā)展，在電力工業(yè)、電訊工程及高頻無線電技術等方面，迫切要求提供一種具有很高電阻率的高效能磁性材料。在重新研究磁鐵礦及其他具有磁性的氧化物的基礎上，研制出了一種新型磁性材料——鐵氧體。鐵氧體屬于氧化物系統(tǒng)的磁性材料，是以氧化鐵和其他鐵族元素或稀土元素氧化物為主要成分的復合氧化物，可用于制造能量轉換、傳輸和信息存儲的各種功能器件。

鐵氧體磁性材料按其晶體結構可分為：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁鉛石型（MFe12O19）；鈣鈦礦型（MFeO3）。其中M指離子半徑與Fe2＋相近的二價金屬離子，R為稀土元素。按鐵氧體的用途不同，又可分為軟磁、硬磁、矩磁和壓磁等幾類。

軟磁材料是指在較弱的磁場下，易磁化也易退磁的一種鐵氧體材料。有實用價值的軟磁鐵氧體主要是錳鋅鐵氧體Mn－ZnFe2O4和鎳鋅鐵氧體Ni－ZnFeO4。軟磁鐵氧體的晶體結構一般都是立方晶系尖晶石型，這是目前各種鐵氧體中用途較廣，數量較大，品種較多，產值較高的一種材料。主要用作各種電感元件，如濾波器、變壓器及天線的磁性和磁帶錄音、錄像的磁頭。

硬磁材料是指磁化后不易退磁而能長期保留磁性的一種鐵氧體材料，也稱為永磁材料或恒磁材料。硬磁鐵氧體的晶體結構大致是六角晶系磁鉛石型，其典型代表是鋇鐵氧體BaFe12O19。這種材料性能較好，成本較低，不僅可用作電訊器件如錄音器、電話機及各種儀表的磁鐵，而已在醫(yī)學、生物和印刷顯示等方面也得到了應用。

鎂錳鐵氧體Mg－MnFe3O4，鎳鋼鐵氧體Ni－CuFe2O4及稀土石榴型鐵氧體3Me2O3?5Fe2O3（Me為三價稀土金屬離子，如Y3＋、Sm3＋、Gd3＋等）是主要的旋磁鐵氧體材料。磁性材料的旋磁性是指在兩個互相垂直的直流磁場和電磁波磁場的作用下，電磁波在材料內部按一定方向的傳播過程中，其偏振面會不斷繞傳播方向旋轉的現象。旋磁現象實際應用在微波波段，因此，旋磁鐵氧體材料也稱為微波鐵氧體。主要用于雷達、通訊、導航、遙測、遙控等電子設備中。

重要的矩磁材料有錳鋅鐵氧體和溫度特性穩(wěn)定的Li－Ni－Zn鐵氧體、Li－Mn－Zn鐵氧體。矩磁材料具有辨別物理狀態(tài)的特性，如電子計算機的“1”和“0”兩種狀態(tài)，各種開關和控制系統(tǒng)的“開”和“關”兩種狀態(tài)及邏輯系統(tǒng)的“是”和“否”兩種狀態(tài)等。幾乎所有的電子計算機都使用矩磁鐵氧體組成高速存貯器。另一種新近發(fā)展的磁性材料是磁泡材料。這是因為某些石榴石型磁性材料的薄膜在磁場加到一定大小時，磁疇會形成圓柱狀的泡疇，貌似浮在水面上的水泡，泡的“有”和“無”可用來表示信息的“1”和“0”兩種狀態(tài)。由電路和磁場來控制磁泡的產生、消失、傳輸、分裂以及磁泡間的相互作用，即可實現信息的存儲記錄和邏輯運算等功能，在電子計算機、自動控制等科學技術中有著重要的應用。

壓磁材料是指磁化時能在磁場方向作機械伸長或縮短的鐵氧體材料。目前應用最多的是鎳鋅鐵氧體，鎳銅鐵氧體和鎳鎂鐵氧體等。壓磁材料主要用于電磁能和機械能相互轉換的超聲器件、磁聲器件及電訊器件、電子計算機、自動控制器件等。